如何在#[no_std]环境中使用Tokio Reactor？

Question

我正在尝试在Tock OS嵌入式操作系统上实现futures。我试图在#[no_std]环境中使用Tokio。

我的Cargo.toml文件如下：

[package]
name = "nrf52dk"
version = "0.1.0"
authors = ["Tock Project Developers <[e-mail]>"]
build = "build.rs"

[profile.dev]
panic = "abort"
lto = true
opt-level = "z"
debug = true

[profile.release]
panic = "abort"
lto = true
opt-level = "z"
debug = true

[dependencies]
cortexm4 = { path = "../../arch/cortex-m4" }
capsules = { path = "../../capsules" }
kernel = { path = "../../kernel" }
nrf52 = { path = "../../chips/nrf52" }
nrf5x = { path = "../../chips/nrf5x" }
futures = {version = "0.2.0", default-features = false }

这段代码没有错误，但是当我添加 tokio-reactor = "0.1.1" 后，出现了错误：error[E0463]: can't find crate for std。我理解这是因为Tokio从std库中导入了一些内容。

有没有办法解决这个问题呢？

- EmbeddedOS

Answer 1

据我所知，你不需要。Tokio Reactor 0.1.1 从标准库导入了许多东西，没有任何条件。大部分导入可能可以切换到libcore替代方案，但是Arc需要内存分配，这在alloc crate中实现。

作为支持no_std的crate示例，请查看Futures 0.1.20。这具有一个功能标志来选择需要标准库的功能。

如果您希望这样做，您需要为Tokio及其所有依赖项做出实质性的努力，以添加功能标志以选择需要标准库的所有功能。最好向维护者开启一个问题以协调这样的工作。

- Shepmaster

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"futures" 也会错过许多功能（例如impl <T：Notify+'static> From <Arc <T>> for NotifyHandle），而“no_std”中的“mio”也会变得很复杂。对于自己的需求编写自己的执行器可能更容易一些。 - Stefan

四年后，这仍然正确吗？博客文章https://ferrous-systems.com/blog/stable-async-on-embedded/说Rust异步很快将可用于no_std。尽管如此，它并没有在任何地方提到Tokio。Tokio是否也支持no_std？还是我需要使用其他执行器？或者这只是一个理论上的讨论，因为目前（尚）没有适用于no_std的执行器？ - Bruno Rijsman

@BrunoRijsman async 在嵌入式设备上运行良好。Tokio 不行。例如，我为特定的嵌入式设备编写了自己的执行器。大多数嵌入式执行器将与平台紧密绑定，因为它们使用中断等工具。 - Shepmaster

@Shepmaster 有没有针对常见嵌入式平台（例如Cortex Mx）的公共（开源或商业）执行器可用，还是需要自己实现一个执行器？ - Bruno Rijsman

@BrunoRijsman 我自己没有使用过。也许可以考虑使用 embassy？ - Shepmaster

@Shepmaster 感谢您提供大使馆的参考。看起来非常有前途。 - Bruno Rijsman

Answer 2

扩展Shepmaster的说法：您不需要使用tokio；它是基于mio构建的，而mio在内核中不太可能工作，特别是没有堆分配/ std的情况下。

那么，在这种环境中如何驱动任务（产生的Future）（此文针对futures 0.1.x系列编写）：

• 你的“执行器”（主循环）需要为每个任务跟踪一些状态，例如是否需要轮询它，可能还需要一些链表来查找需要轮询的任务。
• 你需要一个地方存储这些状态；你还需要存储在 Spawn<...> 中封装的 Future。可以使用“静态”分配的存储来实现。
• 你需要实现 UnsafeNotify（以及基础特性Notify），可能需要使用原始指针/&'static引用到任务（包括状态）；notify需要能够以线程安全的方式将任务排队以被轮询。由于您将使用静态分配，因此{clone,drop}_{raw,id}函数可以为空。如果主循环正在睡眠，则notify还需要安排主循环。队列本身也需要一些全局状态（“列表头+尾”）；如果您需要不同的队列，可以在NotifyHandle中存储对它的引用（例如在id: usize参数中）。
• 您甚至可以尝试在同一“轮询队列”上运行多个循环，祝您好运，使其线程安全 :) future-0.2的 ThreadPool 可能会提供一些如何实现这一目标的思路（或者使用tokio-threadpool crate）。
• 您可能需要为事件循环添加一些“定时器”处理；定时器应该存储一个NotifyHandle指向它应该在超时时唤醒的任务，一些状态来跟踪超时是否发生，以及事件循环需要一个活动（指针）定时器列表来确定等待时间。 （tokio-timer crate可能会给您提供某些实现思路）
• 类似地处理异步IO; 在用户空间中，您将使用带有超时的select（或特定于平台的优化版本），在内核中，您可能需要找到其他方式:)（在tokio世界中，由基于mio的Reactor 提供此功能）
• 为了驱动任务，你应该使用poll_future_notify

在 futures-0.2 中，NotifyHandle 变成了 Waker，UnsafeNotify 变成了 UnsafeWake；去掉了 id: usize 上下文（只需使用一个包含您需要实现 UnsafeWake 的所有数据的结构）。不再为需要的未来存储 Spawn<...>，而是需要为每个任务手动存储 LocalMap，然后用它创建一个使用Context::without_spawn 的上下文，最后将其传递给 Future::poll。

- Stefan